单片机课设.docx
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单片机课设
第一章绪论
1.1设计背景
单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始,迄今已有四十多年了。
由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点,目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面,几乎“无处不在,无所不为”。
单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。
单片机有两种基本结构形式:
一种是在通用微型计算机中广泛采用的,将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构,称为普林斯顿结构。
另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开,分别寻址的结构,一般需要较大的程序存储器,目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。
本文讨论的单片机数字电子钟的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机,配置了外围设备,构成了一个可编程的计时定时系统,具有体积小,可靠性高,功能强等特点。
不仅能满足所需要求,而且还有很多功能可供开发,有着广泛的应用领域。
1.2设计意义
在日常生活和工作中,我们常常用到数字电子钟。
早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的,其定时准确性和重复精度都不是很理想,现在基本上都是基于数字技术的新一代产品,随着单片机性能价格比的不断提高,新一代产品的应用也越来越广泛,大可构成复杂的工业过程控制系统,完成复杂的控制功能。
小则可以用于家电控制,甚至可以用于儿童电子玩具。
它功能强大,体积小,质量轻,灵活好用,配以适当的接口芯片,可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。
通过课程设计,使我们能够深入理解单片机系统的工作原理,接口电路的设计及调试方法,培养综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力。
使用AT89S51芯片的串口功能,利用六片8位并行输出串行移位寄存器74LS164,实现时,分,秒的显示。
用伟福软件进行编程与调试,利用Protel软件进行绘制硬件电路图且进行仿真。
1.3数字钟的应用
数字电子钟具有走时准确,一钟多用等特点,在生活中已经得到广泛的应用。
虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售,价格便宜、使用方便,但是人们对电子产品的应用要求越来越高,数字钟不但可以显示当前的时间,而且可以显示日期、农历、以及星期等,给人们的生活带来了方便。
另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能,且闹钟铃声可自选,使一款电子钟具备了多媒体的色彩。
时间对人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记忘记当前的时间,忘记了要做的事情,当事情不是很重要的时候,这种遗忘无伤大雅。
但是,一旦重要事情,一时的耽误可能酿成大祸。
电子钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品,广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
由于数字集成电路技术的发展采用了先进的石英技术,使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。
第二章方案论证
2.1方案论证
本时钟的设计具体有两种方法。
一是通过单纯的数字电路来实现;二是使用单片机来控制实现。
本次设计选取了较为简单的单片机控制;而选择这一方法后还要进行各个芯片的选择。
以下是我在这次设计中所用的方案。
2.2芯片的选择
采用AT89S51芯片,其为高性能CMOS8位单片机,该芯片内含有4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)、128bytes的随机存取数据存储器(RAM)、32位可编程I/O口线、2个16位定时/计数器、6个中断源、可编程串行UART通道及低功耗空闲和掉电模式。
因此,我们选用AT89S51。
2.3显示模块选择方案和论证
采用LED数码管显示,显示较为清楚直观,便于观察和调试
2.4时钟信号的选择方案和论证
直接采用单片机定时计数器提供的秒信号,使用程序实现时、分、秒计数。
采用此种方案可减少芯片的使用,节约成本,实现的时间误差较小。
2.5最终方案决定
综上方案所述,对此次数字时钟的方案选定为:
采用AT89S51通过串行输出静态显示作为主控制系统,来实现时、分、秒的显示。
2.6电路原理图
第三章硬件系统的设计
3.1AT89S51芯片
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点:
40个引脚,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
引脚图如下:
3.1.1主要性能参数
•8031CPU与MCS-51兼容
•4K字节可编程FLASH存储器(寿命:
1000写/擦循环)
•全静态工作:
0Hz-33MHz
•三级程序存储器保密锁定
•128*8位内部RAM
•32条可编程I/O线
•两个16位定时器/计数器
•6个中断源
•可编程串行通道
•低功耗的闲置和掉电模式
•片内振荡器和时钟电路
3.1.2引脚功能
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
I/O口作为输入口时有两种工作方式,即所谓的读端口与读引脚。
读端口时实际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器的内容读入到内部总线,经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。
只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。
上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。
这是由硬件自动完成的,不需要我们操心,1然后再实行读引脚操作,否则就可能读入出错,为什么看上面的图,如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1,该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1,也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。
若先执行置1操作,则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入,由于在输入操作时还必须附加一个准备动作,所以这类I/O口被称为准双向口。
89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。
接下来让我们再看另一个问题,从图中可以看出这四个端口还有一个差别,除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出
3.274LS164相关的参数和功能
3.2.174LS164的管脚图
74ls164是一个串入并出的8位移位寄存器,它常用于单片机系统中,其主要电特性的典型值如下:
54/74164185mW54/74LS16480mW
引脚功能:
CLOCK:
时钟输入端
CLEAR:
同步清除输入端(低电平有效)
A,B:
串行数据输入端
Q0-Q7:
输出端
3.2.274LS164逻辑符合表
3.2.3芯片功能
当清除端(CLEAR)为低电平时,输出端(Q0-QH7)均为低电平。
串行数据输入端(A,B)可控制数据。
当A、B任意一个为低电平,则禁止新数据输入,在时钟端(CLOCK)脉冲上升沿作用下Q0为低电平。
当A、B有一个为高电平,则另一个就允许输入数据,并在CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态。
1.串行输入带锁存
2.时钟输入,串行输入带缓冲
3.异步清除
4.最高时钟频率可高达36Mhz
5.功耗:
10mW/bit
6.74系列工作温度:
0°Cto70°C
7.Vcc最高电压:
7V
8.输入最高电压:
7V
9.最大输出驱动能力:
高电平:
-0.4mA,低电平:
8mA
3.3显示部分
2.3.1LED数码管简介
LED数码管是由发光二极管构成的,亦称半导体数码管。
将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接,组成“8”字,再把发光二极管另一电极作笔段电极,就构成了LED数码管。
若按规定使某些笔段上的发光二极管发光,就能显示从0~9的…系列数字。
它具有:
体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色性好、发光响应的时间短,能与TTL、CMOS电路兼容等的数显器件。
2.3.2常见LED数码管的外形及内部结构
图1(b)属于共阳极结构,图1(c)采用共阴极结构。
+、一分别表示公共阳极和公共阴极。
a~g是7个笔段电极,DP为小数点
3.4键盘部分
它是整个系统中最简单的部分,根据功能要求,本系统共需三个按键:
功能移位键、功能加键、功能减键。
并采用独立式按键。
第四章软件系统的设计
主程序:
显示子程序:
定时中断子程序:
第五章设计心得
通过这次的设计使我认识到我对单片机方面的知识知道的太少了,对于书本上的很多知识还不能灵活运用,有很多我们需要掌握的知识在等着我去学习,我会在以后的学习生活中弥补我所缺少的知识。
本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西,那就是如何从理论到实践的转化,怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。
在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识,而我们应把所学的用到我们现实的生活中去,此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础,我会在以后的学习、生活中磨练自己,使自己适应于以后的竞争。
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